《轧制成形设备》课件：第2章-2.pptx

1、1、轧制过程对轧辊材料的要求（1）足够的强度；（2）耐磨性，表面硬度；（3）稳定性，耐热性；（4）咬入性能好。2、常用轧辊材料(1). 合金锻钢热轧轧辊：55Mn2, 55Cr, 60CrMnMo, 60SiMnMo等冷轧轧辊：9Cr, 9CrV, 9Cr2Mo, 60CrMoV, 80CrNi3W, 8CrMoV等GB/T 13314-2008，锻钢冷轧工作辊 通用技术条件(2). 合金铸钢ZG70, ZG70Mn, ZG80Cr, ZG75Mo, ZG75CrMo, ZG60CrMoV, ZG60CrNi等(3). 铸铁铸铁：普通铸铁，合金铸铁，球墨铸铁根据轧辊在铸造过程中使用的铸型不同：

2、l 半冷硬（HS50），轧辊表面没有明显的白口层l 冷硬（HS60），表面有明显白口层，心部为灰口层，中间为麻口层l 无限冷硬（HS65），表面是白口层，白口层与灰口层之间没有明显界限铸铁轧辊优点：价格便宜，硬度高、制造简单。缺点：强度低，球铁虽然强度高，但咬入性能差。(4). 半钢半钢轧辊C1.4-1.8%，介于铸钢与铸铁之间，属于过共析钢。兼有铸钢的强度和耐热性以及铸铁的耐磨性。注：布氏（HB）、洛氏（HRC ）、维氏（HV）、肖氏（HS）硬度 主要考虑工作特点（承受载荷）和破坏形式（1）. 初轧机轧辊工作特点：轧制力大，且有冲击负荷。要求：强度和咬入条件是第一位的，耐磨性和光洁度是 第二

3、位。（HS24-40）材料：常用高强度铸钢或锻钢。（2）. 型钢轧机轧辊工作特点：轧制力大，且有冲击负荷。要求：保证尺寸精确性，强韧性和耐磨性具有相同地位， 但要求却不是很高。（HS40-50）材料：粗轧机常用铸钢辊，如：ZG70, ZG70Mn, ZG8Cr, ZG15CrNiMo等。精轧机常用铸铁辊（普通铸铁轧辊）。3、轧辊材料的选择（3）. 板带轧机的轧辊1）热轧工作特点：轧制力大、转速高工作辊： 要求：辊面光滑以保证质量，辊面硬度为第一位。材料：多采用铸铁轧辊，以冷硬铸铁轧辊最佳（HS=58- 85）支承辊：要求：强韧性要求较高，表面硬度不如工作辊（HS=45-50）材料：具有高淬透性

4、的合金锻钢辊。2）冷轧工作特点：轧制力大，轧速高，辊面质量要求严格。工作辊：要求：轧辊硬度高（HS=90-100），强度大；材料：不能选用铸铁轧辊，铸铁的E值只有钢的一半。通用采用锻钢辊。支承辊：要求：强韧性要求较高，硬度（HS=50-65）材料：一般选用锻钢。现状 轧辊是轧钢生产中的主要消耗备件之一，轧辊消耗成本约为轧钢生产成本的5%15%.如果考虑因轧辊消耗而带来的生产停机、降产和设备维护增加等因素，则其所占生产成本的比重会更高。 目前，我国轧辊吨钢消耗超过2.0kg/t，年消耗轧辊数十万（？上百万）吨，年消耗轧辊资金70亿元以上，而发达国家同期吨钢辊耗仅为1.0-1.4kg/t。 为了满

5、足轧钢生产的实际需要，我国每年都需要花费大量外汇进口轧辊。 改变轧辊材质是提高轧辊性能的重要措施。轧辊材质发展的明显趋势是广泛使用合金元素，且逐渐提高合金化程度。 如热轧带钢精轧前段由20世纪30年代的高镍铬无限冷硬铸铁轧辊发展到60年代的半钢轧辊，70年代开始使用高格铸铁轧辊和高铬铸钢轧辊，80年代末开始使用高速钢轧辊。 冷轧带钢工作辊材质由2.0%Cr钢发展到3.0%Cr、5.0%Cr钢，到了90年代开始使用半高速钢、近来也开始使用高速钢。 棒线材和型材轧机轧辊材质也由普通冷硬铸铁、合金球墨铸铁、高镍铬无限冷硬铸铁、高铬铸铁、锻造合金工具钢发展到硬质合金。目前，高速线材轧机和棒材轧机上使用

6、高速钢轧辊也获得了满意的效果。采用新材料，如采用高合金高速钢、工具钢和碳化物弥散轧辊，使轧机生产效率提高，产品精确度提高，但是同时也要求轧机操作条件作相应改变，特别是要求更强的冷却，更严格的检测和轧辊要与具体机架相匹配。工作辊越来越多地采用较硬的合金来铸造。我国轧辊制造技术水平与国外先进国家相比，仍有较大差距，具体体现在板带轧机使用的轧辊上。以热带连轧机工作辊为例： 从最初的铸钢轧辊高铬铸钢轧辊近年来则是高速钢轧辊，而目前我国高铬轧辊的制造正于试制阶段。高铬铸钢轧辊的使用寿命是铸钢轧辊的2-2.5倍，而高速钢轧辊的使用寿命是高铬铸钢轧辊的2.0-2.5倍。此外可节省轧辊换辊时间，提高效率。高速

7、钢轧辊大多采用一些新的生产方法进行生产，如CPC（连续铸造法）、HIP（热等静压法）等生产制造工艺。高速钢小知识：高速钢又叫“风钢”、“锋钢”。1861年出现了以锰钨为基体的工具钢，是现代高速钢的雏形。这种钢有一特点：在风中（空冷）即可淬火，因此人们称这种工具钢为风钢，即风淬之钢。随着金属切削工业的发展，对刀具的切削性又提出了更高的要求，又发展了接近现代高速钢化学成份的钨铬钢，用其制作刀具，刀刃锋利无比，因此取名“锋钢”。现代高速切削速度下，在“锋钢”基础上，提高了共淬火温度（提高了400度），使“锋钢”具有红硬性，可以承受很高的切削速度，于是“锋钢”的名字又被高速钢代替了。(2)新工艺如带钢

8、轧机的支撑辊目前一般以复合铸造辊代替整体铸造的铁辊和钢辊，这种复合铸造辊由较硬的外壳和内部的韧性芯体组成。今后的发展是轧辊的喷射成形以及采用热等静压成形的粉末冶金轧辊。(3)激光毛化技术激光毛化技术是80 年代末才在世界上出现并开始应用于生产优质冷轧板、带材的高新技术,目前主要工业发达国家的大型板、带生产企业都应用此技术来提高其产品的技术含量用此技术很好地解决了薄带退火粘连、光亮退火还原不足及性能不均等问题,改善了轧制条件,提高了轧辊的使用寿命,同时开发出了不同用途的如超深冲性和高涂漆光亮度的激光毛化带材。 用激光束的脉冲作用形成具有一定表面形貌的硬度极高( HV1000) 的微坑和凸台结构，

9、同时激光脉冲以一定速度沿辊轴方向运动，在整个辊面形成密布的均匀相变质点。 在轧制过程中，辊面上的凸台在材料表面形成等量变形硬化凹陷质点。这种新型表面结构是在不降低原材料表面韧性的情况下，由无数微小均布的硬化点对表面实行钉扎，在辊、板的表层实现了刚柔相济的表面结构。 激光毛化的本质是用物理方法在同种材料表面实现有利的复合结构，它不但解决了薄带退火过程中存在的一些问题，改善了轧制条件，延长了轧辊的使用寿命，而且对材料的性能有显著改善。可以使用计算机程序控制来生产精细的花纹板带。高速钢轧辊制造技术 作者:符寒光，邢建东著冶金工业出版社 页数:258 出版日期:2007.6简介:本书简要地介绍了高速钢

10、轧辊的发展、成分、合金元素对高速钢轧辊组织和性能的影响、高速钢轧辊成形方法和热处理方法及其工业应用 为了简化计算，一般进行静载荷计算，并将铸造缺陷、热载荷、应力集中、冲击载荷等其它因素纳入安全系数中。计算时，通常辊身：弯曲强度辊颈：弯曲与扭转强度辊头：扭转强度。（1）验算的特点a.轧制力习惯上按集中载荷看待；b.多条轧制和交叉过钢时，一根轧辊上上常有数个轧制力作用。c.辊身各处的工作直径（Dg）不同；d.需验算的辊身、辊颈和辊头并不一定在同一根轧辊上。这需要正确判断受力最危险的机座以及该机座中最危险的轧辊。受力图如右图1、型钢轧辊的强度验算（2）辊身强度 辊身同时受弯矩和扭矩作用，扭矩弯矩，因

11、此通常只计算其弯曲应力。 计算辊身断面的弯曲应力为：其中： 为计算断面处的弯矩； 为抗弯断面系数； 辊身计算断面处的工作直径，重车后的最小直径；根据静力学知识：则计算断面处的弯矩为：其中a 为两根压下螺丝的中心矩，通常为a=L+l。当轧辊上同时轧制二根以上的轧件时，应分别计算力矩最大、辊径最小处的辊身弯曲应力和扭转应力。)51 . 2(1 . 03gDDDDDMWM)61 . 2()(1xaaxPxRMD（3）辊颈强度 当辊颈受弯矩和扭矩作用时，应分别计算弯曲应力和扭转应力，然后分别计算两侧辊颈的合成应力，取较大值为辊颈危险断面的应力。 辊颈上与辊身相接处的弯矩最大，其弯曲应力：(教材中等号左

12、边 的应为 )式中：辊颈与辊身相接处的弯矩；Wd：抗弯断面系数 d：辊颈直径； R：支反力（取R1、R2中大的）c：支反力至辊身边缘的距离，近似取l/2。 辊颈上的扭转应力： 式中 Mn：作用在弯曲应力计算侧的辊颈与辊身交界处的辊颈扭矩。 Wn：抗扭断面系数合成应力钢轧辊，按第四强度理论合成：铸铁轧辊，按莫尔理论合成：辊颈危险断面取决于轧辊两侧辊颈支反力的大小和传动端的位置，如不易判别，则应分别计算两侧辊颈的合成应力，取较大值为辊颈的危险断面的应力。（4）辊头强度辊头只受扭矩作用，只计算其扭转应力。型钢轧机常用梅花辊头，则其扭转应力：式中 Md1：作用在梅花头上的扭矩；d1：梅花头的外径；（1

13、）板带轧辊强度计算特点a.轧制力按均布载荷对待，轴承两侧支反力相等；b.危险断面在辊身中央；c.辊颈及辊头的危险断面均在传动侧。（2）二辊板带轧机受力图2、板带轧辊的强度计算辊身强度与型钢轧辊一样，只计算其弯曲应力。在辊身中央具有最大弯矩，其应力：式中 P：作用在轧辊上的轧制力a：压下螺丝中心矩 b：所轧板带的宽度 D：辊身直径（轧辊重车后的最小直径）。辊颈强度 辊颈危险断面的计算与型钢轧辊相同。(R=P/2)辊头强度 辊头的危险断面在传动侧，扭转应力为：式中Wn：辊头的抗扭断面系数，其取值取决于辊头的结构形式，其带单键槽、带双键槽、平台形式、矩形断面等形式的辊头取值分别见教材(2.1-14)

14、-(2.1-17)式。 四辊板带轧机有工作辊驱动和支承辊驱动两种方式，两种方式的受力不相同(图2.1-7)，其轧辊强度验算项目也不相同，其验算项目分别为：工作辊驱动 工作辊 支承辊 支承辊驱动 工作辊 支承辊 辊身 弯曲应力 弯曲应力 辊身 弯曲应力 弯曲应力 辊颈 忽略弯曲应力 辊颈 忽略弯扭合成辊头 扭转 无 辊头 无 扭转 (3) 四辊板带轧机工作辊 支承辊 辊身 弯曲应力 弯曲应力 辊颈 忽略弯曲应力 辊头 扭转 无 工作辊 支承辊 辊身 弯曲应力 弯曲应力 辊颈 忽略弯扭合成辊头 无 扭转 轧辊各部分计算方法和计算公式与二辊板带的轧辊基本相同。工作辊辊身中央和支承辊辊身中央的弯矩可按

15、下式计算：工作辊：支承辊：此外，另外一种观点认为：四辊轧机的支承辊径D2与工作辊径之比一般在1.5-2.9，支承辊的抗弯系数较工作辊大得多，即支承辊有很大刚性，轧制时弯曲力矩绝大部分由支承辊承担，在计算时，工作辊只验算扭转应力(工作辊驱动时)，而支承辊只需计算辊身中部和辊颈断面的弯曲应力。在轧辊强度计算时，若在轧制过程中存在很大的前后张力差以及工作辊有弯辊装置时，则对工作辊还要计算由此引起的弯曲应力，并与其它应力合成。3四辊轧机轧辊接触应力的计算 把四辊轧机支承辊与工作辊看成轴线平行的两个圆柱体相接触，当工作辊与支承辊间受均匀压力时，则可把轧辊的接触应力计算作为平面变形问题来处理，即将轧辊看作

16、单位厚度的两个圆盘相接触。 在两辊接触单位长度上的负荷作用下，接触处产生弹性变形而变成一个小平面，其宽度为b，即为接触宽度，或称弹性压扁宽度。 四辊轧机的支承辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，接触疲劳是造成轧辊表面剥落的一个主要原因，因此在轧辊设计及使用时应进行校核计算。 半径方向产生的法向正应力在接触表面的中部最大，其值可按Hz公式计算：式中：q接触面单位长度上的负荷；r1 、r2 工作辊与支承辊半径； K1、K2：与材质有关和系数 其中1、2 、E1、E2分别是两轧辊材料的泊松比和弹性模量。 当工作辊与支承辊材料相同时，取 =0.3时，上式可改写为： 虽然很大，但不致于产生很大的危险，因为在接触区近似于三向压应力状态，能承受较高的应力。 在接触区内还存在切应力，其分布如图2.1-8所示。切应力的最大值为 正应力与切应力的许用值与轧辊的表面硬度有关，其取值可参考表2.1-7。需说明：表中的数值均高了几个数量级。 安全系数取n=5，轧辊材料的许用应力见表2.1-9，其数值也高了两个数量级。 教材29-32页的例1与例2自学，应注意单位换算，例题中单位换算有错。